Что такое закон сохранения и превращения энергии

Превращение энергии: закон сохранения энергии

Что такое закон сохранения и превращения энергии

Представьте себе ревущий водопад. Грозно шумят мощные потоки воды, искрятся на солнце капли, белеет пена. Красиво, не правда ли?

А как вы считаете, обладает ли эта несущаяся вниз стихия энергией? Никто не будет спорить с тем, что да. А вот какой энергией будет обладать вода – кинетической или потенциальной? И вот тут оказывается, что ни первый, ни второй варианты ответа не будут верны. А верным окажется ответ – падающая вниз вода обладает обоими видами энергии.

То есть, одно и то же тело может обладать обоими видами энергии. Их сумму называют полной механической энергией тела: E=E_к+E_п. Более того, вода в данном случае не только обладает обоими видами энергии, но их величина меняется по ходу движения воды. Когда наша вода находится в верхней точке водопада и еще не начала падать, то она обладает максимальным значением потенциальной энергии.

Кинетическая же энергия в данном случае равна нулю. Когда вода начинает падать вниз, у нее появляется кинетическая энергия движения. По ходу движения вниз потенциальная энергия уменьшается, так как уменьшается высота, а кинетическая, наоборот, возрастает, так как увеличивается скорость падения воды. То есть, происходит превращение одного вида энергии в другой.

При этом полная механическая энергия сохраняется. В этом и заключается закон сохранения и превращения энергии.

Закон сохранения полной механической энергии

Закон сохранения полной механической энергии гласит: полная механическая энергия тела, на которое не действуют силы трения и сопротивления, в процессе его движения остается неизменной. Когда же присутствует, например, трение скольжения, тело вынуждено тратить часть энергии на его преодоление, и энергия, естественно будет уменьшаться. Поэтому в реальности, при передаче энергии практически всегда существуют потери, которые приходится учитывать.

Закон сохранения энергии можно представить в виде формулы. Если мы обозначим начальную и конечную энергию тела как E_1  и E_2, то закон сохранения энергии можно выразить так:  E_1=E_2. В начальный момент времени тело имело скорость v_1 и высоту h_1:

E_1=(mv_12)/2+mgh_1.

В конечный момент времени со скоростью v_2  на высоте h_2 энергия

E_2=(mv_22)/2+mgh_2.

В соответствии с законом сохранения энергии:

(mv_12)/2+mgh_1=(mv_22)/2+mgh_2.

Если мы знаем начальные значения скорости и энергии, то мы можем высчитать конечную скорость на высоте h, или, наоборот, найти высоту, на которой тело будет иметь заданную скорость. При этом масса тела не имеет значения, так как она сократится из уравнения.

Энергия также может передаваться от одного тела к другому. Так, например, при выпуске стрелы из лука потенциальная энергия тетивы, превращается в кинетическую энергию летящей стрелы.

Нужна помощь в учебе?

Предыдущая тема: Энергия: потенциальная и кинетическая энергия
Следующая тема:   Тепловое движение: внутренняя энергия

Источник: http://www.nado5.ru/e-book/prevrazchenie-odnogo-vida-mekhanicheskoi-ehnergii-v-drugoi

Закон сохранения механической энергии

Что такое закон сохранения и превращения энергии

При имеющейся замкнутой механической системе тела взаимодействуют посредством сил тяготения и упругости, тогда их работа равняется изменению потенциальной энергии тел с противоположным знаком:

A=–(Eр2–Eр1).

Следуя из теоремы о кинетической энергии, формула работы примет вид

A=Ek2-Ek1.

Отсюда следует, что

Ek2-Ek1=–(Eр2–Eр1) или Ek1+Ep1=Ek2+Ep2.

Кинетическая и потенциальная энергии

Определение 1

Сумма кинетической и потенциальной энергии тел, составляющих замкнутую систему и взаимодействующих между собой посредством сил тяготения и сил упругости, остается неизменной.

Данное утверждение выражает закон сохранения энергии в замкнутой системе и в механических процессах, являющийся следствием законов Ньютона.

Определение 2

Сумма E=Ek+Ep— это полная механическая энергия.

Закон сохранения энергии выполняется при взаимодействии сил с потенциальными энергиями в замкнутой системе.

Пример N

Примером применения такого закона служит нахождение минимальной прочности легкой нерастяжимой нити, которая удерживает тесло с массой m, вращая его вертикально относительно плоскости (задачи Гюйгенса). Подробное решение изображено на рисунке 1.20.1.

Рисунок 1.20.1. К задаче Гюйгенса, где F→ принимается за силу натяжения нити в нижней точке траектории.

Запись закона сохранения полной энергии в верхней и нижней точках принимает вид

mv122=mv222+mg2l.

F→ располагается перпендикулярно скорости тела, отсюда следует вывод, что она не совершает работу.

Если скорость вращения минимальная, то натяжение нити верхней точке равняется нулю, значит, центростремительное ускорение может быть сообщено только при помощи силы тяжести. Тогда

mv22l=mg.

Исходя из соотношений, получаем

v1 min2=5gl.

Создание центростремительного ускорения производится силами F→ и mg→ с противоположными направлениями относительно друг друга. Тогда формула запишется:

mv122=F-mg.

Можно сделать вывод, что при минимальной скорости тела в верхней точке натяжение нити будет равняться по модулю значению F=6mg.

Очевидно, что прочность нити обязана превышать значение.

Опиши задание

С помощью закона сохранения энергии посредством формулы можно получить связь между координатами и скоростями тела в двух разных точках траектории, не используя анализ закона движения тела во всех промежуточных точках. Данный закон позволяет заметно упрощать решение задач.

Реальные условия для движущихся тел предполагают действия сил тяготения, упругости, трения и сопротивления данной среды. Работа силы трения зависит от длины пути, поэтому она не является консервативной.

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Что значит ноль и фаза

Закон сохранения превращения энергии

Определение 3

Между телами, составляющими замкнутую систему, действуют силы трения, тогда механическая энергия не сохраняется, ее часть переходит во внутреннюю. Любые физические взаимодействия не провоцируют возникновение или исчезновение энергии. Она переходит из одной формы в другую. Данный факт выражает фундаментальный закон природы – закон сохранения и превращения энергии.

Следствием является утверждение о невозможности создания вечного двигателя (perpetuum mobile) – машины, которая совершала бы работу и не расходовала энергию.

Рисунок 1.20.2. Проект вечного двигателя. Почему данная машина не будет работать?

Существует большое количество таких проектов. Они не имеют право на существование, так как при расчетах отчетливо видны одни ошибки конструкций всего прибора, другие замаскированы. Попытки реализовать такую машину тщетны, так как они противоречат закону сохранения и превращения энергии, поэтому нахождение формулы не даст результатов.

Если вы заметили ошибку в тексте, пожалуйста, выделите её и нажмите Ctrl+Enter

Не получается написать работу самому?

Доверь это кандидату наук!

Источник: https://zaochnik.com/spravochnik/fizika/zakony-sohranenija-v-mehanike/zakon-sohranenija-mehanicheskoj-energii/

I. Механика

Что такое закон сохранения и превращения энергии

Полная механическая энергия замкнутой системы тел остается неизменной

Закон сохранения энергии можно представить в виде

Если между телами действуют силы трения, то закон сохранения энергии видоизменяется. Изменение полной механической энергии равно работе сил трения

Рассмотрим свободное падение тела с некоторой высоты h1. Тело еще не движется (допустим, мы его держим), скорость равна нулю, кинетическая энергия равна нулю. Потенциальная энергия максимальная, так как сейчас тело находится выше всего от земли, чем в состоянии 2 или 3.

В состоянии 2 тело обладает кинетической энергией (так как уже развило скорость), но при этом потенциальная энергия уменьшилась, так как h2 меньше h1. Часть потенциальной энергии перешло в кинетическую.

Состояние 3 — это состояние перед самой остановкой. Тело как бы только-только дотронулось до земли, при этом скорость максимальная. Тело обладает максимальной кинетической энергией. Потенциальная энергия равна нулю (тело находится на земле).

Полные механические энергии равны между собой , если пренебрегать силой сопротивления воздуха. Например, максимальная потенциальная энергия в состоянии 1 равна максимальной кинетической энергии в состоянии 3.

А куда потом исчезает кинетическая энергия? Исчезает бесследно? Опыт показывает, что механическое движение никогда не исчезает бесследно и никогда оно не возникает само собой. Во время торможения тела произошло нагревание поверхностей. В результате действия сил трения кинетическая энергия не исчезла, а превратилась во внутреннюю энергию теплового движения молекул.

При любых физических взаимодействиях энергия не возникает и не исчезает, а только превращается из одной формы в другую.

Главное запомнить

1) Суть закона сохранения энергии

Общая форма закона сохранения*

Общая форма закона сохранения и превращения энергии имеет вид

Изучая тепловые процессы, мы будем рассматривать формулу
При исследовании тепловых процессов не рассматривается изменение механической энергии, то есть

В механике процессы теплопередачи не принимают во внимание, то есть . Если рассматривается физическая система замкнутая, то , получим . А если в замкнутой системе действуют только консервативные силы, то и приходим к формулировке: полная механическая энергия замкнутой системы тел, в которой действуют только консервативные силы, сохраняется.

Источник: http://fizmat.by/kursy/zakony_sohranenija/sohranenie_jenergii

Закон сохранения и превращения энергии в механических и тепловых процессах

Ранее мы уже рас­смат­ри­ва­ли воз­мож­ность пре­вра­ще­ния од­но­го вида ме­ха­ни­че­ской энер­гии в дру­гой, на­при­мер, по­тен­ци­аль­ной в ки­не­ти­че­скую или, на­о­бо­рот, ки­не­ти­че­ской в по­тен­ци­аль­ную. Также мы при­во­ди­ли при­мер пе­ри­о­ди­че­ско­го пре­вра­ще­ния по­тен­ци­аль­ной и ки­не­ти­че­ской энер­гии друг в друга.

При­мер 1.Пе­ре­ход по­тен­ци­аль­ной энер­гии в ки­не­ти­че­скую.

Этот при­мер мы уже рас­смат­ри­ва­ли в курсе 7 клас­са и в на­ча­ле изу­че­ния этого раз­де­ла тоже. Если пред­ста­вить себе тело, за­креп­лен­ное на неко­то­рой вы­со­те, то оно имеет некую по­тен­ци­аль­ную энер­гию от­но­си­тель­но уров­ня по­верх­но­сти. Потом, если это тело от­пу­стить, то оно нач­нет па­дать, т. е.

его вы­со­та будет умень­шать­ся, и уско­рять­ся, т. е. уве­ли­чи­вать свою ско­рость. Сле­до­ва­тель­но, его по­тен­ци­аль­ная энер­гия будет умень­шать­ся, а ки­не­ти­че­ская уве­ли­чи­вать­ся (рис. 1), энер­гии будут пре­вра­щать­ся друг в друга.

В мо­мент перед самым при­кос­но­ве­ни­ем с зем­лей вся по­тен­ци­аль­ная энер­гия тела пе­ре­хо­дит в ки­не­ти­че­скую.

Рис. 1. Пре­вра­ще­ние по­тен­ци­аль­ной энер­гии в ки­не­ти­че­скую.

При­мер 2.Пе­ри­о­ди­че­ские пре­вра­ще­ния типов ме­ха­ни­че­ской энер­гии (ма­ят­ни­ки). Рас­смот­рим по оче­ре­ди три вида ма­ят­ни­ков: ма­те­ма­ти­че­ский, пру­жин­ный, ма­ят­ник Макс­ве­ла.

1. Ма­ят­ник Макс­ве­ла пред­став­ля­ет собой диск, за­креп­лен­ный на оси, на ко­то­рую на­ма­ты­ва­ют­ся две нити (рис. 2).

Рис. 2. Ма­ят­ник Макс­ве­ла.

Прин­цип ра­бо­ты этого ма­ят­ни­ка сле­ду­ю­щий: сна­ча­ла нити на­ма­ты­ва­ют­ся на ось, тем самым под­ни­мая ма­ят­ник вверх и со­об­щая ему до­пол­ни­тель­ную по­тен­ци­аль­ную энер­гию, затем диск ма­ят­ни­ка от­пус­ка­ют, и он на­чи­на­ет, рас­кру­чи­ва­ясь, дви­гать­ся вниз, нить раз­ма­ты­ва­ет­ся до конца, затем на­ма­ты­ва­ет­ся снова по инер­ции и т. д.

Таким об­ра­зом, можно на­блю­дать сле­ду­ю­щие пре­об­ра­зо­ва­ния ме­ха­ни­че­ской энер­гии: на­чаль­ное на­коп­ле­ние по­тен­ци­аль­ной энер­гии – пре­вра­ще­ние ее в ки­не­ти­че­скую энер­гию – пре­вра­ще­ние в по­тен­ци­аль­ную

2. Ма­те­ма­ти­че­ский ма­ят­ник (груз на нити) – ма­те­ри­аль­ная точка, со­вер­ша­ю­щая ко­ле­ба­ния под дей­стви­ем силы тя­же­сти на длин­ной нерас­тя­жи­мой нити (рис. 3).

Рис. 3. Ма­те­ма­ти­че­ский ма­ят­ник.

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Что такое кинетическая энергия в физике

Для на­ча­ла ко­ле­ба­тель­но­го про­цес­са в этом ма­ят­ни­ке от­во­дим тело, под­ве­шен­ное на нити, от по­ло­же­ния рав­но­ве­сия (при­да­ем ему по­тен­ци­аль­ную энер­гию) и от­пус­ка­ем, после этого на­блю­да­ют­ся го­ри­зон­таль­ные ко­ле­ба­ния в вер­ти­каль­ной плос­ко­сти, и мы можем ви­деть по­хо­жие на преды­ду­щий при­мер пре­вра­ще­ния энер­гии: подъ­ем – пе­ре­ход ки­не­ти­че­ской энер­гии в по­тен­ци­аль­ную, опус­ка­ние – пе­ре­ход по­тен­ци­аль­ной в ки­не­ти­че­скую и т. д.

3. Пру­жин­ный ма­ят­ник – груз, со­вер­ша­ю­щий ко­ле­ба­ния на пру­жине под дей­стви­ем силы упру­го­сти (рис. 4).

Рис. 4. Пру­жин­ный ма­ят­ник.

Если под­ве­сить груз к пру­жине и от­тя­нуть ее вниз (при­дать пру­жине по­тен­ци­аль­ную энер­гию), а затем от­пу­стить, то будут на­блю­дать­ся более слож­ные пре­вра­ще­ния энер­гии: по­тен­ци­аль­ная энер­гия пру­жи­ны в ки­не­ти­че­скую и по­тен­ци­аль­ную энер­гию груза и на­о­бо­рот.

2. Закон сохранения механической энергии

Все при­ве­ден­ные при­ме­ры экс­пе­ри­мен­тов го­во­рят о том, что мы уже знаем, что пол­ная ме­ха­ни­че­ская энер­гия тела (сумма ки­не­ти­че­ской и по­тен­ци­аль­ной) не ме­ня­ет­ся или, как го­во­рят по-дру­го­му, со­хра­ня­ет­ся. Это мы на­зы­ва­ем за­ко­ном со­хра­не­ния ме­ха­ни­че­ской энер­гии:

За­ме­ча­ние. Важно пом­нить, что этот закон вы­пол­нен толь­ко для за­мкну­той си­сте­мы тел.

Опре­де­ле­ние. За­мкну­тая си­сте­ма тел – это та си­сте­ма, в ко­то­рой не дей­ству­ют внеш­ние силы.

3. Примеры на переход механической энергии во внутреннюю и наоборот (деформация, удар, двигатели)

При­мер 3. Те­перь необ­хо­ди­мо пе­рей­ти к ос­нов­ной части нашей се­го­дняш­ней темы и вспом­нить каким об­ра­зом ме­ха­ни­че­ская энер­гия может пе­ре­хо­дить во внут­рен­нюю. Про­ис­хо­дит этот про­цесс путем со­вер­ше­ния ме­ха­ни­че­ской ра­бо­ты над телом, на­при­мер, при сги­ба­нии и раз­ги­ба­нии про­во­ло­ки она будет на­гре­вать­ся, при несколь­ких уда­рах мо­лот­ка о на­ко­валь­ню на­гре­ет­ся и мо­ло­ток и на­ко­валь­ня.

При­мер 4. Воз­мо­жен и об­рат­ный про­цесс, когда внут­рен­няя энер­гия будет пе­ре­хо­дить в ме­ха­ни­че­скую. На­при­мер, по­доб­ные про­цес­сы про­ис­хо­дят в дви­га­те­ле внут­рен­не­го сго­ра­ния (рис. 5).

Рис. 5. Дви­га­тель внут­рен­не­го сго­ра­ния

Прин­цип ра­бо­ты дви­га­те­ля внут­рен­не­го сго­ра­ния ос­но­ван на пре­об­ра­зо­ва­нии энер­гии сго­ра­ния топ­ли­ва в ме­ха­ни­че­скую энер­гию дви­же­ния порш­ней, ко­то­рая затем через пе­ре­да­точ­ные ме­ха­низ­мы пре­об­ра­зу­ет­ся в энер­гию вра­ще­ния колес ав­то­мо­би­ля.

Ана­ло­гич­ный прин­цип пре­вра­ще­ния внут­рен­ней энер­гии в ме­ха­ни­че­скую про­ис­хо­дит и в па­ро­вых дви­га­те­лях (рис. 6).

Рис. 6. Па­ро­вой дви­га­тель на па­ро­вой ма­шине

4. История изучения преобразования механической и тепловой энергии

Во­про­са­ми пре­об­ра­зо­ва­ний ме­ха­ни­че­ской и внут­рен­ней энер­гий очень ак­тив­но за­ни­ма­лись в XIX веке. Ос­нов­ные ис­сле­до­ва­ния были про­ве­де­ны сле­ду­ю­щи­ми уче­ны­ми.

Немец­кий уче­ный Юлиус Майер (рис. 7) по­ка­зал в своих экс­пе­ри­мен­тах, что воз­мож­ны вза­им­ные пре­вра­ще­ния внут­рен­ней и ме­ха­ни­че­ской энер­гий и что из­ме­не­ние внут­рен­ней энер­гии в таких про­цес­сах эк­ви­ва­лент­но со­вер­шен­ной ра­бо­те.

Рис. 7. Юлиус Майер (1814–1878)

От­дель­ный ин­те­рес со­став­ля­ет ра­бо­та ан­глий­ско­го уче­но­го Джейм­са Джо­у­ля (рис. 8), ко­то­рый с по­мо­щью ряда экс­пе­ри­мен­тов по­лу­чил до­ка­за­тель­ство того, что между со­вер­шен­ной над телом ра­бо­той и его из­ме­не­ни­ем внут­рен­ней энер­гии су­ще­ству­ет точ­ное ра­вен­ство.

Рис. 8. Джеймс Джо­уль (1819–1889)

Осо­бый ин­те­рес со­став­ля­ет тот факт, что в 1843 году фран­цуз­ский ин­же­нер Гу­став Гирн (рис. 9) с по­мо­щью серии своих экс­пе­ри­мен­тов по­пы­тал­ся раз­вен­чать то, что до­ка­зы­ва­ли Майер и Джо­уль, но ре­зуль­та­ты его экс­пе­ри­мен­тов, на­о­бо­рот, толь­ко еще раз до­ка­за­ли со­от­вет­ствие в пре­вра­ще­ни­ях ме­ха­ни­че­ской энер­гии во внут­рен­нюю.

Рис. 9. Гу­став Гирн

5. Закон сохранения энергии

Для воз­мож­но­сти кор­рект­но­го опи­са­ния про­цес­сов теп­ло­об­ме­на важно, чтобы си­сте­ма, в ко­то­рой они про­ис­хо­дят, была теп­ло­изо­ли­ро­ван­ной и внеш­ние теп­ло­об­мен­ные про­цес­сы не вли­я­ли на тела, на­хо­дя­щи­е­ся в рас­смат­ри­ва­е­мой си­сте­ме.

В таком слу­чае вы­пол­нен закон со­хра­не­ния энер­гии – если си­сте­ма яв­ля­ет­ся за­мкну­той и теп­ло­изо­ли­ро­ван­ной, то энер­гия в этой си­сте­ме оста­ет­ся неиз­мен­ной.

За­ме­ча­ние. Дан­ный закон еще очень часто име­ну­ют ос­нов­ным за­ко­ном при­ро­ды.

Се­год­ня мы по­го­во­ри­ли о вза­им­ных пре­вра­ще­ни­ях раз­лич­ных типов ме­ха­ни­че­ской энер­гии друг в друга: ме­ха­ни­че­ской в теп­ло­вую, теп­ло­вой в ме­ха­ни­че­скую. Кроме того, мы рас­смот­ре­ли важ­ней­ший закон фи­зи­ки – закон со­хра­не­ния энер­гии.

На сле­ду­ю­щем уроке мы изу­чим урав­не­ние теп­ло­во­го ба­лан­са.

Источник: https://100ballov.kz/mod/page/view.php?id=1026

Первое начало термодинамики

Теплота представляет собой особую форму энергии и должна учитываться в законе сохранения и превращения энергии.

В физике работой называется перемещение массы на определенное расстояние под воздействием силы. Чтобы поднять эту книгу, например, вам нужно приложить силу, направленную вверх, чтобы преодолеть направленную вниз силу гравитационного притяжения на всём отрезке пути, на который вы поднимаете книгу, и тем самым вы совершаете работу.

Для совершения работы тело, которое ее совершает, должно обладать запасом энергии, необходимым для совершения этой работы. То есть энергия — это способность совершить работу.

С научной точки зрения энергия обладает тремя важнейшими свойствами: во-первых, она может проявляться в различных формах; во-вторых, различные виды энергии могут переходить друг в друга; в-третьих, при любых физических процессах совокупная энергия в замкнутой системе сохраняется.

Энергия движения

Движущееся тело способно оказывать силовое воздействие на другие тела на отрезке своего пути, и вы такие явления, бесспорно, наблюдали. Представьте себе стрелу, летящую к мишени. Врезаясь в мишень, стрела оказывает силовое воздействие на ее волокна и раздвигает их.

Следовательно, движущееся тело способно совершить работу, и значит, по определению, оно обладает энергией. Энергия движения такого рода называется кинетической энергией (от греческого kinezis — «движение»).

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Какое напряжение в одной фазе

Согласно механической теории теплоты, теплота — это проявление движения молекул вещества, и значит, ее можно считать особым видом кинетической энергии.

Энергия положения

Если вы поднимете эту книгу вверх, она сможет затем совершать работу уже в силу своего нового положения в гравитационном поле Земли. Чтобы убедиться в этом, отпустите книгу — и она упадет. Падая, книга разгонится до определенной скорости и, следовательно, приобретет некоторую кинетическую энергию.

Упав на пол или на стол, она окажет силовое воздействие на поверхность и едва заметно деформирует ее, одновременно слегка деформировавшись и сама. То есть, находясь на изначальной высоте, книга уже обладала определенным запасом энергии — мы называем ее потенциальной энергией. Будучи поднятой на определенную высоту, книга не совершает никакой работы, однако имеет возможность ее совершить — если книгу уронят.

Если быть точным, энергию книги надо назвать потенциальной энергией гравитационного поля, поскольку книга обладает этой энергией благодаря тому, что она находится в гравитационном поле. Именно поле реально производит работу при падении книги.

Если вы поднимете книгу в космическом корабле, находящемся в межзвездном пространстве, где нет гравитационного поля, она вообще не упадет, поскольку не будет обладать потенциальной энергией гравитационного поля*. И резинка рогатки, и тетива лука, будучи натянутыми, приобретают потенциальную энергию силы упругости, которая может совершать работу, если их отпустить.

Точно так же электрически заряженная частица, помещенная в электрическое поле, обладает электрической потенциальной энергией. Мы видим это в атоме (см. Атомная теория строения вещества): энергия электрона зависит от удаленности его орбиты от положительно заряженного ядра. Электрическая потенциальная энергия особого рода участвует в химических взаимодействиях между атомами.

Электроны в каждом атоме обладают определенной электрической потенциальной энергией, зависящей от их места в атоме. После объединения атомов в молекулы эти же электроны будут обладать уже другой энергией, обусловленной их новым положением. Обычно суммарная энергия до и после химического взаимодействия не одинакова.

Энергию, обеспечивающую возможность такого изменения электронной конфигурации атомов, мы называем химической потенциальной энергией.

Имеется множество видов потенциальной энергии, связанных с магнитными и электрическими полями, с различными свойствами веществ и т. д. Потенциальная энергия присутствует в любой системе, где может быть совершена работа, которая до сих пор не совершена.

Энергия массы

В рамках теории относительности Эйнштейн открыл совершенно неожиданную для всех форму энергии. Оказывается, масса может преобразовываться в энергию, и это получило отражение в формуле E = mc2, где с — скорость света в вакууме (3 x 108 м/с).

Из этой формулы следует, что мизерная масса может быть преобразована в колоссальную энергию — и это действительно происходит при ядерном распаде урана в атомных реакторах. Из этой же формулы следует, что для искусственного получения даже самых малых масс материи требуются колоссальные затраты энергии.

И действительно, на современных ускорителях элементарных частиц протоны разгоняются почти до скорости света, и лишь тогда в результате обстрела ими мишени часть кинетической энергии протонов преобразуется в новые элементарные частицы.

Превращение и сохранение энергии

Различные виды энергии взаимозаменяемы — энергия может переходить из одного вида в другой.

Например, когда лучник выпускает стрелу, потенциальная энергия упругого натяжения тетивы преобразуется в кинетическую энергию летящей стрелы, а при попадании стрелы в мишень — в тепловую энергию рассеяния.

Все виды энергии, за исключением тепловой, могут полностью преобразовываться друг в друга (тепловая энергия, согласно второму началу термодинамики, может преобразовываться в работу лишь частично).

Преобразование одного вида энергии в другой носит отнюдь не случайный характер, поскольку в замкнутых системах выполняется закон сохранения энергии. Это значит, что в замкнутой изолированной системе совокупное количество энергии со временем не меняется, хотя энергия может принимать различную форму.

Предположим, вы располагаете фиксированной суммой денежных средств, распределенных по различным банковским счетам и депозитам: часть ваших денег хранится на текущем сберегательном счете, часть вложена в акции и облигации и т. д.

С вашими деньгами вы можете поступить по-разному: можно их все перечислить на единственный счет, можно распределить их по всем счетам равномерно или же положить на разные счета разное количество денег. Однако, что бы вы ни делали, ваш совокупный капитал останется неизменным. (Для простоты мы не учитываем начисление процентов по вкладам и ценным бумагам.

) Точно так же, принимая различные формы и перераспределяясь, энергия ниоткуда не поступает и никуда не исчезает. В этом и заключается закон сохранения энергии, который гласит: полная энергия замкнутой системы остается постоянной.

* На первый взгляд, это противоречит нашим интуитивным представлениям. Объяснение же таково. В открытом космосе, где нет значительных гравитационных полей, потенциальная энергия, очевидно, должна быть равна нулю.

Поскольку при падении тела в направлении звезды или планеты потенциальная энергия теряется, ее значение должно стать отрицательным.

Потенциальная энергия книги массой 1 кг в гравитационном поле у поверхности Земли составит около –6 x 107 Джоулей, а если книгу поднять на высоту 1000 км, ее потенциальная энергия возрастет до –5 x 107 Джоулей. (Примечание автора)

См. также:

Источник: https://elementy.ru/trefil/21218/Pervoe_nachalo_termodinamiki

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Электро Дело
Сколько заряжать никель металлгидридные аккумуляторы

Закрыть